計算機網(wǎng)絡(luò)第1章

1、第一章第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)和和InternetInternet第一章第一章: : 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet Internet 目標(biāo)目標(biāo): 理清本書章節(jié)關(guān)系理清本書章節(jié)關(guān)系直觀感受計算機網(wǎng)絡(luò)直觀感受計算機網(wǎng)絡(luò), ,了解計算機網(wǎng)了解計算機網(wǎng)絡(luò)術(shù)語絡(luò)術(shù)語 為后續(xù)章節(jié)深入詳細展開做鋪墊為后續(xù)章節(jié)深入詳細展開做鋪墊方法途徑方法途徑: :l簡單描述簡單描述l以以InternetInternet為實例為實例計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)TCP/IPTCP/IP之父之父Robert Elliot Kahn (Bob Kahn)December 23, 1938 Turing Award，2004

2、 Vinton Gray Cerf (Vint Cerf) June 23, 1943 Turing Award ，2004設(shè)計了設(shè)計了TCP/IPTCP/IP協(xié)議協(xié)議和和互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)而被共同基礎(chǔ)架構(gòu)而被共同稱為稱為“互聯(lián)網(wǎng)之父互聯(lián)網(wǎng)之父”。計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)TCP/IPTCP/IP之父之父Cerf and Kahns 開放網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)開放網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計原則計原則:l最簡單化最簡單化,自治原則自治原則 網(wǎng)絡(luò)獨立運作，與其他網(wǎng)絡(luò)獨立運作，與其他網(wǎng)絡(luò)互連時無須進行內(nèi)部改動網(wǎng)絡(luò)互連時無須進行內(nèi)部改動l盡力服務(wù)原則盡力服務(wù)原則 提供盡最大努力的端到端服務(wù)提供盡最大努力的端到端

3、服務(wù)l無狀態(tài)路由器無狀態(tài)路由器 路由器無須維護連接狀態(tài)信路由器無須維護連接狀態(tài)信息息l分散式控制分散式控制定義了當(dāng)今定義了當(dāng)今Internet體系結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)30年后年后計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò): : 兩臺以上具有獨立操作系統(tǒng)的計算機通兩臺以上具有獨立操作系統(tǒng)的計算機通過某些介質(zhì)連接成的相互共享軟硬件資源的過某些介質(zhì)連接成的相互共享軟硬件資源的集合體。集合體。計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的兩大功能計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的兩大功能: :連通性連通性共享共享計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)第一章第一章: : 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 1.1 什么是什么是Internet? Internet

4、? 1.2 1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet1.5 Internet主干主干/ISPs/ISPs的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和InternetInternet發(fā)展史發(fā)展史Internet: “由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)”松散分層松散分層公共公共Internet與專用與專用intr

5、anet對于對于InternetInternet，硬件和軟件、提供的服，硬件和軟件、提供的服務(wù)上，都很復(fù)雜，無法給出一個明確的定務(wù)上，都很復(fù)雜，無法給出一個明確的定義義我們只能對其具體構(gòu)成和提供服務(wù)方面我們只能對其具體構(gòu)成和提供服務(wù)方面進行描述進行描述1.1 什么是什么是Internet？1.1.1 1.1.1 什么是什么是Internet: Internet: 具體構(gòu)成描述具體構(gòu)成描述數(shù)以億計的計算互連設(shè)備數(shù)以億計的計算互連設(shè)備 l主機（主機（hosts）=端系統(tǒng)端系統(tǒng)（end systems）l運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通信鏈路通信鏈路l雙絞線雙絞線,光纖光纖, 無線電頻譜無線電頻譜

6、, 衛(wèi)衛(wèi)星星l傳輸速率傳輸速率 = 帶寬帶寬(bandwidth)分組分組(packet)交換：交換：l路由器（路由器（Routers）和交換）和交換機（機（Switches）本地本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域區(qū)域ISProuterworkstationservermobile1.1.1 1.1.1 有趣的有趣的InternetInternet應(yīng)用應(yīng)用IntroductionIP picture framehttp:/ toaster +weather forecasterInternet phonesInternet refrigeratorSlingbox: watch,control c

7、able TV remotelyTweet-a-watt: monitor energy use1.1.1 1.1.1 什么是什么是Internet: Internet: 具體構(gòu)成描述具體構(gòu)成描述Internet:網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) l網(wǎng)絡(luò)互連提供商網(wǎng)絡(luò)互連提供商ISP協(xié)議（協(xié)議（protocols）控制）控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收lHTTP、TCP、IP etc.Internet standardslRFC：Request for commentslIETF：Internet Engineering Task Force本地本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域區(qū)域ISProuter

8、workstationservermobile1.1.2 什么是Internet: 服務(wù)上描述提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu) 允許終端系統(tǒng)上運行分布式允許終端系統(tǒng)上運行分布式應(yīng)用程序，并彼此交換數(shù)據(jù)應(yīng)用程序，并彼此交換數(shù)據(jù):lWeb, email, games, e-commerce, database, VOIP, P2P file sharing為分布式應(yīng)用程序提供的通為分布式應(yīng)用程序提供的通信服務(wù)接口信服務(wù)接口:l無連接服務(wù)無連接服務(wù)connectionlessl面向連接服務(wù)面向連接服務(wù)connection-orientedl不提供數(shù)據(jù)傳遞時間保證（發(fā)不提供數(shù)據(jù)傳遞時間保證（發(fā)

9、送端到接收端）的服務(wù)送端到接收端）的服務(wù)控制發(fā)送和接收消控制發(fā)送和接收消息息-協(xié)議協(xié)議。le.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP1.1.3 Internet1.1.3 Internet通信控制通信控制本地本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域區(qū)域ISProuterworkstationservermobile什么是協(xié)議什么是協(xié)議? ?協(xié)議：協(xié)議：定義了兩個或多定義了兩個或多個通信實體間所交換報個通信實體間所交換報文的格式和次序，以及文的格式和次序，以及在報文發(fā)送和在報文發(fā)送和/或接收或或接收或者其他事件方面所采取者其他事件方面所采取的行動（響應(yīng)）。的行動（響應(yīng)）。協(xié)議的基本要素：協(xié)

10、議的基本要素：語法語法、語義和同步、語義和同步TCP connection reqTCP connectionresponsetimeGet a fileInternet標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)lIETF: Internet Engineering Task Force 因特網(wǎng)工程任務(wù)組因特網(wǎng)工程任務(wù)組lRFC: Request for comments 請求評論請求評論InternetInternet標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)本地本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域區(qū)域ISProuterworkstationservermobile15InternetInternet標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化組織16InternetInternet文檔文檔

11、RFCRFC所有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都以所有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都以RFCRFC（Request For Request For Comments,Comments,請求評論）的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。請求評論）的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)歷四個階段：正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)歷四個階段：l因特網(wǎng)草案（因特網(wǎng)草案（Internet DraftInternet Draft）不是）不是RFCRFC文檔文檔l建議標(biāo)準(zhǔn)（建議標(biāo)準(zhǔn)（Proposed StandardProposed Standard） 開始成為開始成為RFCRFC文文檔檔l草案標(biāo)準(zhǔn)（草案標(biāo)準(zhǔn)（Draft StandardDraft Standard）l因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（

12、因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Internet StandardInternet Standard） 后三個階段對應(yīng)三種后三個階段對應(yīng)三種RFCRFC。另外，還有歷史。另外，還有歷史( (Historic) )的的RFCRFC、實驗、實驗( (Experimental) )的的RFCRFC和提供信息和提供信息( (Informational) )的的RFCRFC。17各種各種RFCRFC之間的關(guān)系之間的關(guān)系因特網(wǎng)草案因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的歷史的 RFC實驗的實驗的 RFC提供信息的提供信息的 RFC6 種種 RFC注：詳細的介紹請閱讀注：詳細的介紹請閱讀http:/

13、/RFCoverview.html第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet? 1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史1.2.1 1.2.1 端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器: :端系統(tǒng)端系統(tǒng) (

14、/主機主機):l運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序l處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣l傳統(tǒng)主機傳統(tǒng)主機/網(wǎng)絡(luò)計算機和瘦網(wǎng)絡(luò)計算機和瘦客戶客戶客戶客戶/服務(wù)器服務(wù)器C/S模型模型l客戶請求，并接收服務(wù)器客戶請求，并接收服務(wù)器提供的服務(wù)提供的服務(wù)le.g. Web browser/server; email client/server端對端模型端對端模型peer-peer model:l 極少或不采用專門服務(wù)器極少或不采用專門服務(wù)器le.g. Gnutella, KaZaA1.2.2 1.2.2 端系統(tǒng)上的因特網(wǎng)服務(wù)端系統(tǒng)上的因特網(wǎng)服務(wù)因特網(wǎng)在端系統(tǒng)上因特網(wǎng)在端系統(tǒng)上為應(yīng)用程序之間的為應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)

15、傳遞提供了哪數(shù)據(jù)傳遞提供了哪些服務(wù)呢？些服務(wù)呢？1.2.2 1.2.2 面向連接的服務(wù)面向連接的服務(wù) 目的目的: 在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。握手握手: 客戶和服務(wù)器事先進客戶和服務(wù)器事先進入戒備狀態(tài)，為接下來的分入戒備狀態(tài)，為接下來的分組交換做好準(zhǔn)備組交換做好準(zhǔn)備l如同如同Hello, hello back 這樣這樣的人類電話通信的人類電話通信l建立建立“連接連接” ，在兩個彼此，在兩個彼此通信的端系統(tǒng)之間通信的端系統(tǒng)之間TCP - Transmission Control Protocol lInternet的面向連接的服務(wù)的面向連接的服務(wù)TCP 服務(wù)服務(wù) RFC 793可靠、

16、順序、字節(jié)流傳可靠、順序、字節(jié)流傳輸輸: l丟失丟失: 確認和重傳確認和重傳流量控制流量控制: l發(fā)送者不至于淹沒接收發(fā)送者不至于淹沒接收者者擁塞控制擁塞控制: l當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時發(fā)送者降當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時發(fā)送者降低發(fā)送速率低發(fā)送速率1.2.2 1.2.2 無連接服務(wù)無連接服務(wù)（續(xù)）（續(xù)）目的目的: 在端系統(tǒng)間傳送數(shù)在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。據(jù)。UDP - User Datagram Protocol RFC 768: Internet無連接服務(wù)無連接服務(wù)l不可靠數(shù)據(jù)傳輸不可靠數(shù)據(jù)傳輸l無流量控制無流量控制l無擁塞控制無擁塞控制使用使用TCP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用: HTTP (Web), FTP (file

17、transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)使用使用UDP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用:流媒體流媒體, 視頻會議視頻會議, DNS, Internet電話電話第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet?1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和

18、計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史1.3.1 1.3.1 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)如何在這個網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)？如何在這個網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)？基本原理基本原理:l電路交換電路交換: 每次會話預(yù)留沿每次會話預(yù)留沿其路徑（線路）所需的獨占其路徑（線路）所需的獨占資源電話網(wǎng)資源電話網(wǎng)l分組交換分組交換: 數(shù)據(jù)以離散的數(shù)數(shù)據(jù)以離散的數(shù)據(jù)塊通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送據(jù)塊通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送1. 1. 電路交換電路交換網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片多路復(fù)用（多路復(fù)用（Multiple Access）分片分配到會話分片分配到會話分片沒有被會話使用的情況分片沒

19、有被會話使用的情況下，分片空載下，分片空載(不共享不共享)電路級性能（有保證）電路級性能（有保證）要求呼叫建立建立一個要求呼叫建立建立一個專門的端到端線路專門的端到端線路(意味著每意味著每個鏈路上預(yù)留一個線路個鏈路上預(yù)留一個線路)鏈路帶寬分片鏈路帶寬分片l頻分頻分frequency divisionl時分時分time division1. 1. 電路交換電路交換( (續(xù)續(xù): FDMA and TDMA): FDMA and TDMA)FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4 usersExample:電路交換舉例電路交換舉例從主機從主機A到主機到主機B經(jīng)一個電路交

20、換網(wǎng)絡(luò)需要多長時間發(fā)送經(jīng)一個電路交換網(wǎng)絡(luò)需要多長時間發(fā)送一個一個640Kb的文件的文件? 假設(shè)：假設(shè)：所有鏈路都是所有鏈路都是 1.536 Mbps每個鏈路使用每個鏈路使用TDM劃分成劃分成24個時隙個時隙創(chuàng)建一條端到端的鏈路需要創(chuàng)建一條端到端的鏈路需要500msec2. 2. 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分: : 分組交換分組交換每個端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組每個端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組所有分組共享網(wǎng)絡(luò)資源所有分組共享網(wǎng)絡(luò)資源 每個分組使用全部鏈路帶寬每個分組使用全部鏈路帶寬 資源按需使用資源按需使用 帶寬分片帶寬分片獨占分配資源獨占分配資源資源預(yù)留資源預(yù)留2. 2. 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分:

21、 : 分組交換統(tǒng)計復(fù)用分組交換統(tǒng)計復(fù)用A & B 分組沒有固定的順序分組沒有固定的順序 統(tǒng)計復(fù)用統(tǒng)計復(fù)用。在時分復(fù)用中，每個主機獲得各在時分復(fù)用中，每個主機獲得各TDM循環(huán)幀的固循環(huán)幀的固定時隙。定時隙。ABC10 MbsEthernet1.5 MbsDE統(tǒng)計復(fù)用統(tǒng)計復(fù)用等待輸出鏈路等待輸出鏈路的分組隊列的分組隊列2. 2. 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分: : 分組交換分組交換資源競爭資源競爭: 資源需求總量可以大于可資源需求總量可以大于可 獲得資源的總獲得資源的總量量擁塞擁塞: 采用分組隊列采用分組隊列, 等待使用鏈路等待使用鏈路存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā): 分組每次轉(zhuǎn)發(fā)分組每次轉(zhuǎn)發(fā)1站站在在1個

22、鏈路上傳輸個鏈路上傳輸每經(jīng)過每經(jīng)過1個鏈路轉(zhuǎn)發(fā)個鏈路轉(zhuǎn)發(fā)1次次轉(zhuǎn)發(fā)分組前，要求收到完整分組轉(zhuǎn)發(fā)分組前，要求收到完整分組比較分組交換與電路交換比較分組交換與電路交換假設(shè)：假設(shè)：用戶共享用戶共享1 Mbps 的鏈路的鏈路每個用戶每個用戶: l活動期傳輸率活動期傳輸率100 kbpsl只有只有10%的時間活動的時間活動電路交換電路交換: l10 users分組交換分組交換: l如果如果35個用戶個用戶l10個以上活動用戶的概率個以上活動用戶的概率小于小于 0 .0004 分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò) !N users1 Mbps link比較分組交換與電路交換比較分組

23、交換與電路交換優(yōu)點：適合大量的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)點：適合大量的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸l資源共享資源共享l簡單簡單, 不需要建立連接不需要建立連接缺點：過渡競爭缺點：過渡競爭導(dǎo)致分組延遲與丟失導(dǎo)致分組延遲與丟失l需要可靠數(shù)據(jù)傳輸、擁塞控制協(xié)議需要可靠數(shù)據(jù)傳輸、擁塞控制協(xié)議問題問題: 如何提供電路級的性能如何提供電路級的性能?l對于音視頻的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要帶寬保障對于音視頻的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要帶寬保障l仍然是仍然是1個沒有解決的問題個沒有解決的問題 (chapter 6)”分組交換是最后的贏家嗎分組交換是最后的贏家嗎?”2. 2. 分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò): TCP/IPl分組目的地址

24、決定下一跳分組目的地址決定下一跳l會話期間路由可以改變會話期間路由可以改變l比方比方: 驅(qū)車逐段問路驅(qū)車逐段問路 虛電路網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò): X.25,FR,ATMl每個分組有每個分組有1個標(biāo)簽個標(biāo)簽 (虛電路號虛電路號,virtual circuit ID), 標(biāo)簽決定下標(biāo)簽決定下1跳跳l連接建立時確定固定的路徑連接建立時確定固定的路徑, 并且將保持于整個并且將保持于整個會話期間會話期間l路由器必須為每個連接維護狀態(tài)信息路由器必須為每個連接維護狀態(tài)信息網(wǎng)絡(luò)的分類網(wǎng)絡(luò)的分類網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)FDMTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)一定是面

25、向連接的。虛電路網(wǎng)絡(luò)一定是面向連接的。 數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)既可以提供面向連接的服務(wù)也可以提供無連接數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)既可以提供面向連接的服務(wù)也可以提供無連接的服務(wù)。如：的服務(wù)。如： Internet為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用既提供面向連接的傳輸為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用既提供面向連接的傳輸服務(wù)服務(wù) (TCP)，也提供無連接的傳輸服務(wù)，也提供無連接的傳輸服務(wù)(UDP)。第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet?1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交

26、換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史1.4.1 1.4.1 接入網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)Q: 如何將終端系統(tǒng)連接如何將終端系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器?一種粗糙分類：一種粗糙分類：住宅接入網(wǎng)絡(luò)住宅接入網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò) (學(xué)校學(xué)校, 公公司司)無線接入網(wǎng)絡(luò)無線接入網(wǎng)絡(luò)注意注意: 接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬(bps)?共享共享/獨占獨占?1. 1. 住宅接入網(wǎng)絡(luò)住宅接入網(wǎng)絡(luò): : 點對點接入點對點接入撥號線路上使用撥號線路上使用modeml可達可達56K

27、bps 直接接入邊緣路由器直接接入邊緣路由器 (實際遠小于該值實際遠小于該值,數(shù)字模擬調(diào)制解調(diào)數(shù)字模擬調(diào)制解調(diào))l不能同時網(wǎng)上沖浪和撥打電話不能同時網(wǎng)上沖浪和撥打電話: 不能一直在不能一直在線線 ISDN(Integrated Services Digital Network):綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),數(shù)字數(shù)據(jù)傳數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸輸,2D+B,128KbpsADSL: （asymmetric digital subscriber line）非對稱數(shù)字用戶線路）非對稱數(shù)字用戶線路l可達可達1 Mbps 上行速率上行速率 (目前典型目前典型 512 kbps)l可達可達 8 Mbps 下行速率下行

28、速率 (目前典型目前典型 1: 分組猝發(fā)到達分組猝發(fā)到達,形成隊列形成隊列,隊列長度迅速增加隊列長度迅速增加,排隊延排隊延 遲大幅增大遲大幅增大La/R 1: 輸出隊列平均位到達速率超過送走這些位的極限速輸出隊列平均位到達速率超過送走這些位的極限速 率，輸出隊列持續(xù)增長，排隊延遲趨于無窮大。率，輸出隊列持續(xù)增長，排隊延遲趨于無窮大。分組丟失分組丟失路由器輸入鏈路和輸出鏈路的緩沖區(qū)容量有路由器輸入鏈路和輸出鏈路的緩沖區(qū)容量有限限當(dāng)分組到達路由器輸入鏈路發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)已滿，當(dāng)分組到達路由器輸入鏈路發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)已滿，則路由器只好丟棄分組則路由器只好丟棄分組當(dāng)分組在路由器內(nèi)部要轉(zhuǎn)發(fā)到輸出鏈路時發(fā)當(dāng)分組在路由

29、器內(nèi)部要轉(zhuǎn)發(fā)到輸出鏈路時發(fā)現(xiàn)輸出緩沖區(qū)隊列已滿，路由器只好丟棄分現(xiàn)輸出緩沖區(qū)隊列已滿，路由器只好丟棄分組組丟失的分組可能被前路由節(jié)點、源節(jié)點重傳，丟失的分組可能被前路由節(jié)點、源節(jié)點重傳，或不重傳或不重傳丟包率或分組丟失率（丟包率或分組丟失率（packet loss rate/ratio）吞吐量（吞吐量（ThroughputThroughput）網(wǎng)絡(luò)吞吐量網(wǎng)絡(luò)吞吐量單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速率或單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速率或分組數(shù)分組數(shù)單位：單位：bps或或data packets per second吞吐量吞吐量: : 接收端接收到數(shù)據(jù)的比特速率接收端接收到數(shù)據(jù)的比特速率 (bps )

30、(bps )l瞬時吞吐量瞬時吞吐量: : 某一瞬間的吞吐量某一瞬間的吞吐量l平均吞吐量平均吞吐量: : 一段時間內(nèi)的吞吐量均值一段時間內(nèi)的吞吐量均值server, withfile of F bits to send to clientlink capacity Rs bits/seclink capacity Rc bits/sec pipe that can carryfluid at rate Rs bits/sec) pipe that can carryfluid at rate Rc bits/sec)server sends bits (fluid) into pipeRs Rc

31、 What is average end-end throughput?Rs bits/sec Rc bits/seclink on end-end path that constrains end-end throughput在端到端路徑中制約吞吐量的鏈路瓶頸鏈路瓶頸鏈路（Bottleneck Link）吞吐量是：minRs,Rc10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/secRsRsRsRcRcRcR每1個鏈路的吞吐量: min(Rc,Rs,R/10)實際情況:l核心設(shè)備很少出現(xiàn)擁塞lRc or Rs 經(jīng)常成

32、為瓶頸，其吞吐量為：min(Rc,Rs)第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet?1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史1.7.1 1.7.1 分層的體系結(jié)構(gòu)分層的體系結(jié)構(gòu)Internet極端復(fù)雜極端復(fù)雜:lhostslroutersll

33、inks of various medialapplicationslprotocolslhardware, software為什么要分層為什么要分層? ?處理復(fù)雜的系統(tǒng)處理復(fù)雜的系統(tǒng):清楚的結(jié)構(gòu)允許我們對大型復(fù)雜系統(tǒng)定義其特定清楚的結(jié)構(gòu)允許我們對大型復(fù)雜系統(tǒng)定義其特定部分，探討其各部分的關(guān)系部分，探討其各部分的關(guān)系l分層參考模型的討論分層參考模型的討論模塊化使得系統(tǒng)的維護、升級簡化模塊化使得系統(tǒng)的維護、升級簡化l改變其某一層服務(wù)的具體實現(xiàn)對系統(tǒng)其余部改變其某一層服務(wù)的具體實現(xiàn)對系統(tǒng)其余部分透明（不影響）分透明（不影響）分層的弊端分層的弊端? 各層可能重復(fù)較低層功能各層可能重復(fù)較低層功能 .7

34、6ISO/OSI七層參考模型International Organization for Standardization/Open System Interconnection層號層號層的名稱層的名稱層的英文名稱層的英文名稱 層的英文縮寫層的英文縮寫7應(yīng)用層應(yīng)用層Application A6表示層表示層PresentationP5會話層會話層SessionS4傳輸層傳輸層TransportT3網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層NetworkN2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層Data LinkDL1物理層物理層PhysicalPL77TCP/IP參考模型應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層應(yīng)用層應(yīng)用層運輸層

35、運輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層網(wǎng)際協(xié)議棧（網(wǎng)際協(xié)議棧（protocol stackprotocol stack）應(yīng)用層應(yīng)用層application: 支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，報文報文傳送傳送lFTP, SMTP, STTP 傳輸層傳輸層transport: 主機進程間主機進程間數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段傳送傳送lTCP, UDP網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層network: 主機主機(源目標(biāo)節(jié)點源目標(biāo)節(jié)點)間間分組分組傳送傳送l主要是主要是IP協(xié)議協(xié)議, 路由協(xié)議路由協(xié)議 鏈路層鏈路層link: 相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀傳送傳送lPPP, Ethernet 物理層物理層physic

36、al: 物理介質(zhì)上的物理介質(zhì)上的比特比特傳送傳送applicationtransportnetworklinkphysicalmessageSegment/message/datagrampacketframebit分層分層: : 邏輯通信邏輯通信 applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysical

37、各層各層:分布式分布式在各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)實在各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)實體體(entities) 實現(xiàn)了實現(xiàn)了各層的功能各層的功能 主機實現(xiàn)主機實現(xiàn)5層功能，層功能，路由器和交換機實路由器和交換機實現(xiàn)現(xiàn)2-3層功能。層功能。網(wǎng)絡(luò)實體完成功能網(wǎng)絡(luò)實體完成功能動作動作, 對等實體交換對等實體交換消息消息 定義自身功能的硬定義自身功能的硬/軟件的集合軟件的集合: 兩臺計算機上同一層所屬兩臺計算機上同一層所屬的程序、進程或?qū)嶓w稱為該層的對等的程序、進程或?qū)嶓w稱為該層的對等程序、對等進程或?qū)Φ葘嶓w。程序、對等進程或?qū)Φ葘嶓w。分層分層: : 邏輯通信邏輯通信 applicationtransportnetworklinkp

38、hysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadataE.g.: 傳輸層傳輸層從應(yīng)用層獲取從應(yīng)用層獲取消息消息添加地址可靠添加地址可靠校驗等，創(chuàng)建校驗等，創(chuàng)建報文段報文段發(fā)送報文段發(fā)送報文段等待對方應(yīng)答等待對方應(yīng)答datatransporttransportack分層: 物理通信 applicationtransportnetworklinkphys

39、icalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadata協(xié)議分層與數(shù)據(jù)協(xié)議分層與數(shù)據(jù)各層發(fā)方從上層到下層，收方從下層到上層傳遞數(shù)據(jù)各層發(fā)方從上層到下層，收方從下層到上層傳遞數(shù)據(jù)發(fā)方添加頭部信息創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元，收方去掉頭部發(fā)方添加頭部信息創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元，收方去掉頭部傳遞新的數(shù)據(jù)單元到下層傳遞新的數(shù)據(jù)單元到下層/上層上層各層傳送不同的協(xié)議數(shù)據(jù)單元各層傳送不同

40、的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDUapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalsourcedestinationMMMMHtHtHnHtHnHlMMMMHtHtHnHtHnHlmessagesegmentdatagramframebitmessagesegmentdatagramframesourceapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMdestinationapplicationtransportnetworklinkphy

41、sicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlMrouterswitch封裝第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet?1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計

42、算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史85網(wǎng)絡(luò)并非安全，攻擊者試圖攻擊與因特網(wǎng)絡(luò)并非安全，攻擊者試圖攻擊與因特網(wǎng)相連的計算機，侵犯我們的隱私，危網(wǎng)相連的計算機，侵犯我們的隱私，危及我們的數(shù)據(jù)安全。及我們的數(shù)據(jù)安全。攻擊方式：攻擊方式：l植入惡意軟件植入惡意軟件l攻擊服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施攻擊服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施l嗅探分組嗅探分組l偽裝偽裝l修改或刪除報文修改或刪除報文86 僵尸網(wǎng)絡(luò)：僵尸網(wǎng)絡(luò)：通過各種手段在大量計算機通過各種手段在大量計算機中植入特定的惡意程序，使控制者能夠中植入特定的惡意程序，使控制者能夠通過相對集中的若干計算機直接向大量通過相對集中的若干計算機直接向大量計算機發(fā)送

43、指令的攻擊網(wǎng)絡(luò)。攻擊者通計算機發(fā)送指令的攻擊網(wǎng)絡(luò)。攻擊者通常利用這樣大規(guī)模的僵尸網(wǎng)絡(luò)實施各種常利用這樣大規(guī)模的僵尸網(wǎng)絡(luò)實施各種其他攻擊活動其他攻擊活動 病毒病毒蠕蟲蠕蟲特洛伊木馬特洛伊木馬87拒絕服務(wù)攻擊（拒絕服務(wù)攻擊（DoS）三種類型三種類型l弱點攻擊弱點攻擊l帶寬洪泛帶寬洪泛l連接洪泛連接洪泛88分組嗅探器：記錄每個流經(jīng)的分組拷貝分組嗅探器：記錄每個流經(jīng)的分組拷貝的被動接收機的被動接收機容易受到攻擊的網(wǎng)絡(luò)：無線網(wǎng)絡(luò)和以太容易受到攻擊的網(wǎng)絡(luò)：無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)網(wǎng)LAN89生成具有任意源地址、分組內(nèi)容和目的生成具有任意源地址、分組內(nèi)容和目的地址的分組，然后將這個人工制作的分地址的分組，然后將這個

44、人工制作的分組傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)中組傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)中將具有虛假源地址的分組注入因特網(wǎng)的將具有虛假源地址的分組注入因特網(wǎng)的能力稱為能力稱為IP哄騙哄騙解決方法采用端點鑒別機制解決方法采用端點鑒別機制90中間人攻擊（中間人攻擊（man-in-middle attack）第一章第一章: 內(nèi)容大綱內(nèi)容大綱1.1 什么是什么是Internet?1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣部分網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3 網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4 接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5 Internet主干主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7 協(xié)議層及其服務(wù)模型協(xié)議層及其服務(wù)模型

45、1.8 攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.9 計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史發(fā)展史如果說如果說18世紀是機械時代，世紀是機械時代，19世紀是蒸汽機時代，人類用機世紀是蒸汽機時代，人類用機器來代替手。那么器來代替手。那么20世紀則是計算機時代，人類開始用機器世紀則是計算機時代，人類開始用機器來代替腦。而來代替腦。而21世紀則將是信息時代，或者說是網(wǎng)絡(luò)時代。世紀則將是信息時代，或者說是網(wǎng)絡(luò)時代。計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)和Internet可以追根溯到可以追根溯到1960s。當(dāng)時，電話網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)時，電話網(wǎng)絡(luò)使用電路交換技術(shù)傳輸信息，分時

46、操作系統(tǒng)計算機允許散布使用電路交換技術(shù)傳輸信息，分時操作系統(tǒng)計算機允許散布各地的用戶通過電話網(wǎng)絡(luò)共享使用。但是通信量的突發(fā)性卻各地的用戶通過電話網(wǎng)絡(luò)共享使用。但是通信量的突發(fā)性卻導(dǎo)致線路利用率極低。導(dǎo)致線路利用率極低。1. 1. 分組交換原理的早期發(fā)展與演化分組交換原理的早期發(fā)展與演化：1961-19721961-19721961: Kleinrock 用排隊理論成功的論證了分組交換方用排隊理論成功的論證了分組交換方法在處理猝發(fā)通信量上的有效性法在處理猝發(fā)通信量上的有效性 1964: Baran 在軍用網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音，研究使用分組在軍用網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音，研究使用分組交換技術(shù)交換技術(shù)1967: 美

47、國國防部高級研究計劃署美國國防部高級研究計劃署DARPA始建始建ARPAnet1969: 第第1臺臺ARPAnet接口消息處理機接口消息處理機IMP研制并安裝使研制并安裝使用用1972: lRobert Kahn首次公開演示首次公開演示ARPAnetl制訂第制訂第1個主機到主機的協(xié)議個主機到主機的協(xié)議NCP (Network Control Protocol)l研制第研制第1個電子郵件程序個電子郵件程序lARPAnet 增長到增長到15個節(jié)點個節(jié)點2. 2. 網(wǎng)際互連與新興的專屬網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)際互連與新興的專屬網(wǎng)絡(luò)：1972-19801972-19801970: ALOHAnet微波網(wǎng)絡(luò)微波網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)

48、在出現(xiàn)在Hawaii1973: Robert Metcalfes PhD論文提出了論文提出了Ethernet1974: Vinton Cerf and Robert Kahn 網(wǎng)際互連的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)際互連的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)late70s: 專屬網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)專屬網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu): DECnet, SNA, XNSlate70s: 固定長度的分組交固定長度的分組交換換 (ATM先驅(qū)先驅(qū))1979: 200個節(jié)點連接到個節(jié)點連接到ARPAnetCerf and Kahns 開放開放網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計原則計原則:l最簡單化最簡單化,自治原則自治原則 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)獨立運作，與其他網(wǎng)絡(luò)互獨立

49、運作，與其他網(wǎng)絡(luò)互連時無須進行內(nèi)部改動連時無須進行內(nèi)部改動l盡力服務(wù)原則盡力服務(wù)原則 提供盡最提供盡最大努力的端到端服務(wù)大努力的端到端服務(wù)l無狀態(tài)路由器無狀態(tài)路由器 路由器無路由器無須維護連接狀態(tài)信息須維護連接狀態(tài)信息l分散式控制分散式控制定義了當(dāng)今定義了當(dāng)今Internet體系體系結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)30年后年后3. TCP/IP新協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)數(shù)量激增：1980-19901983: 正式部署正式部署TCP/IP替代替代NCP1982: 定義了定義了SMTP e-mail協(xié)議協(xié)議1983: 開發(fā)了開發(fā)了DNS 實現(xiàn)實現(xiàn) name-to-IP-address 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1985: 定義了定義了FTP protocol1988: 實現(xiàn)了實現(xiàn)了TCP co